Chap.6_直流输电新技术__wj(20150510)

高压直流输电

Chap.6 直流输电新技术文 俊华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 hbdl_wenjun@ 2015-6-14

chap.6 直流输电新技术

课程安排

第六章 直流输电新技术 6.1 特高压直流输电 6.2 柔性直流输电

6.3 高压直流三极输电 6.4 电容换相换流器

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6.1 特高压直流输电

特高压电网由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、 配电网以及高压直流输电系统共同构成的分层、 分区，结构清晰的大电网。(国家电网)特高压骨干网架

由1000kV级交流输电网和800kV及以上电压 等级直流输电系统构成的电网。

特高压输电分类 特高压交流输电(UHVAC transmission) 特高压直流输电(UHVDC transmission)2015-6-14 3

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6.1.1 特高压直流输电系统

Ultra High Voltage Direct Current transmission --- UHVDC

UHVDC的系统接线形式与高压直流输电的相同，均

为双极两端中性点接地形式，然而在换流器结构、输送容量、输送距离、电气一次设备的容量及绝缘

水平等方面相差很大。

交流系统I双极两端HVDC

交流系统II

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6.1.1 特高压直流输电系统 1、换流器主接线 典型方式:每极2组12脉动换流单元串联(图a) 其他方式:每极2组12脉动换流单元并联(图b) 400kV+400kV 6英寸ETT阀 运行方式灵活 平抗分布在极线 和中性线上

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6.1.1 特高压直流输电系统

2、换流阀 二重阀， 空气绝缘，水冷却； 控制角：整流器触发角15°,逆变器关断角17°

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6.1.1 特高压直流输电系统

3、换流变压器 型式: 单相双绕组有载调压，强迫油循环导向风冷 短路阻抗： 16% ~ 18% 有载调压开关 : 29 档，每档1.25%

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6.1.1 特高压直流输电系统

4、直流输电线路 型式: 6分裂架空导线如，云广 特高压直流工程：6×LGJ-630/50而贵-广II回直流工程： 4×LGJ-720/50

HVDC架空线路

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6.1.1 特高压直流输电系统

5、噪音治理 换流变采用BOX-IN; 平抗采取“穿衣戴帽”; 换流站围墙加装隔音屏。平抗

换流变2015-6-14 9

常规HVDC

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6.1.1 特高压直流输电系统

6、换流站平面布置 高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方 式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。

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6.1.2 UHVDC工程

1、发展历史 特高压直流输电技术起源于 20 世纪 60 年代，瑞 典 Chalmers 大学 1966 年开始研究±750kV 导线。 前苏

联于1978年计划建设±750kV、6000MW、 2400km的特高压直流，试制出工程所用的全套设 备，两端换流站完成了大部分土建及设备安装工 作，直流线路建成1090km,最终未投运。 1988~1994 年，巴西和ABB 开展±800kV 特高压 直流输电的研发工作。 2005年左右，国家电网公司及南方电网公司先后 启动特高压输电工程关键技术问题的研究。2015-6-14 11

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6.1.2 UHVDC工程

2、UHVDC工程目前世界上已投运的UHVDC工程均在我国，分别是： 云广特高压直流输电示范工程：5000MW,±800 kV, 1373 km; 向上特高压直流输电示范工程：6400 MW,±800 kV, 1907 km; 锦苏工程：7200 MW,±800 kV,2059 km; 糯扎渡—广东工程：5000 MW,±800 kV,1451 km; 哈密南—郑州工程：8000 MW,±800 kV,2210 km; 溪洛渡―金华工程：8000 MW,±800 kV,1680 km。 计划新建约20个UHVDC工程。2015-6-14 12

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6.2 柔性直流输电

定义以可关断器件和PWM技术为基础的第三代直流输电技术，CIGRE和IEEE将其正式命名为“VSC-HVDC”,即“电压源换流器型高压直流 输电”。

不同的称谓 CIGRE和IEEE: VSC-HVDC

ABB : HVDC Light Siemens: HVDC plus 中国：柔性直流(HVDC-Flexible)输电( 2006年5月后),轻型直

流输电( 2006年5月前)2015-6-14 13

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6.2.1 柔性直流输电的发展

发展 1990年，加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人首次提 出采用全控器件和脉宽调制技术(PWM)进行控制的基 于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电的概念。 1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和Grangesberg之 间建成首条工业试验VSC-HVDC工程。 从此VSC-HVDC作为一种新兴的高压直流输电技术开始进 入商业应用阶段。截至2014年底，世界范围内已投运VSCHVDC工程约21个，其中4个在我国，如： 中国上海南汇柔性直流输电工程 中国南澳柔性多端直流输电工程(3端) 中国舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程(5端) 中国厦门柔性直流输电工程(4端)2015-6-14 14已投运的VSC-HVDC工程

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6.2.2 柔性直流输电的技术特点P USUC sin X

优点 能向无源网络供电； 有功功率和无功功率独立控制；

U S (U S UC cos ) Q X

能为交流侧提供无功支持，起到STATCOM的作用； 谐波水平低； 换流站标准化、小型化，整体式的设计以及可以进行出厂 前的调试，有利于缩短施工时间，并保证其可靠性； 易于构成多端直流系统。

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6.2.2 柔性直流输电的技术特点

缺点 损耗较大：常规换流站损耗<0.8%,2电平或3电平换流站

损耗≈2%,MMC换流站损耗≈1.5% ; 投资大； 容量较小：目前已投运或即将投运的最大工程容量约 1000MW左右； 不太适合长距离架空线路输电。

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6.2.3 柔性直流输电的应用场合有功和无功功率调节灵活，有 利于改善电网的运行性能 风电场、小型水电厂、太阳能 电站及其它新能源发电系统 用电量急增，线路走廊困难构建地区电力供应商交换电力的可行性平台， 增加电网运行的灵活性和可靠性 快速控制有功及无功功率，使电压、电流满足电 能质量标准要求 如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻地区负荷 等17

应用场合非同步联网 连接分布电源 向城市中心送电 促进电力市场发展 提高配电网电能质量 向远方孤立负荷点送电 MTDC2015-6-14

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6.2.4 柔性直流输电工程

1、世界上已投运的柔直工程 截至2014年底，世界上投运VSC-HVDC工程约21个，其中4个在我国。 世界范围内已投运的部分柔直工程：工程名称 投运年 工程额定参数 用途

Hellsjon

1997

3MW,±10kV,150A,10km

工业试验

Gotland DirectlinkTjaerebog

1999

54MW,±80kV,350A,70km

风力发电，地下电缆电力交易，系统互联，地 下电缆 风力发电，示范工程

2000 180MW,±80kV,342A, 59km2000 7.2MW,±9kV,358A, 4.3km

Eagle PassCross Sound

2000 36MW,±15.9kV,1100A,0km2002

电力交易，系统互联，电 压控制 330MW,±150kV,1175A, 40km 电力交易，系统互联，海 底电缆

Murray Link 20022015-6-14

200MW,±150kV,1400A,180km 电力交易，系统互联，地下电缆18

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6.2.4 柔性直流输电工程

1、世界上已投运的柔直工程 (续)工程名称 投运年 工程额定参数 用途

TrollA Estlink

2005 2×41MW,±60kV,400A, 70km

绿色环保，海底电缆 下电缆

电力交易，系统互联，地 2006 350MW,±150kV,1230A, 72km

Nord E.ON1 2009

400MW,±150kV,1333A,203k m 300MW,350kV,850A,970km

风电并网

Caprivi Link 2009Valhall Trans Bay Cable 上海南汇2015-6-14

弱电网互联钻井平台供电

2010

78MW,±150kV,A, 292km

20102011

400MW,±200kV,1000A,88km 电网互联，大城市供电 18MW,±30kV,300A,10km风电并网VSC-HVDC发展

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6.2.4 柔性直流输电工程

2、发展趋势 从世界上第一个试验性的工程——赫尔斯扬(Hellsjion)工程至今， VSC-HVDC最大输电容量由3MW发展到2×1000MW,直流电压由 10kV提升到500kV。 形成多端柔性直流输电系统，将多点清洁能源发电厂实现直流联网， 以提高供电的灵活性和可靠性。

我国已投运的多端柔性直流输电工程： 中国南澳柔性多端直流输电工程(3端) 中国舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程(5端) 中国厦门柔性直流输

电工程(4端)

a) 南澳3端

b) 舟山5端

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6.2.5 柔性直流输电的拓扑

1、换流站组成主要由七部分构成： 换流器 换流电抗器 交流滤波器 换流变压器 直流电容器 直流电缆 控制与保护系统

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